Geologie

Identificați și clasificați mineralele care formează rocile obișnuite.

Pământul solid este alcătuit din roci, care sunt formate din minerale. Pentru a înțelege rocile, trebuie să vă familiarizați cu mineralele și cu modul în care acestea sunt identificate. Acest rezultat vă oferă contextul necesar pentru a înțelege termenii utilizați în identificarea mineralelor.

Această secțiune vă va prezenta mineralele. Veți învăța diferitele tehnici folosite de geologi pentru a identifica și clasifica mineralele.

Caracteristicile fizice ale mineralelor

Ce sunt mineralele?

Toate rocile, cu excepția obsidianului și a cărbunelui, sunt alcătuite din minerale. (Obsidianul este o rocă vulcanică alcătuită din sticlă, iar cărbunele este alcătuit din carbon organic). Majoritatea rocilor conțin mai multe minerale într-un amestec caracteristic tipului respectiv de rocă. Atunci când identificați o rocă, trebuie să identificați mai întâi mineralele individuale care alcătuiesc acea rocă.

Mineralele sunt solide anorganice care apar în mod natural, cu o compoziție chimică definită și o structură de rețea cristalină. Deși au fost identificate mii de minerale în pământ, doar zece minerale alcătuiesc cea mai mare parte din volumul scoarței terestre – plagioclasul, cuarțul, ortoclasul, amfibolul, piroxenul, olivina, calcita, biotitul, granatul și argila.

Împreună, formula chimică (tipurile și proporțiile elementelor chimice) și rețeaua cristalină (geometria modului în care atomii sunt aranjați și legați între ei) determină proprietățile fizice ale mineralelor.

Formula chimică și rețeaua cristalină a unui mineral pot fi determinate numai în laborator, dar examinând un mineral și determinând câteva dintre proprietățile sale fizice, puteți identifica mineralul. Mai întâi, trebuie să vă familiarizați cu proprietățile fizice ale mineralelor și cu modul în care le recunoașteți.

Mineralele pot fi identificate după caracteristicile lor fizice. Proprietățile fizice ale mineralelor sunt legate de compoziția lor chimică și de legătura dintre ele. Unele caracteristici, cum ar fi duritatea unui mineral, sunt mai utile pentru identificarea mineralelor. Culoarea este ușor de observat și, cu siguranță, evidentă, dar este, de obicei, mai puțin fiabilă decât alte proprietăți fizice.

Cum se identifică mineralele?

Mineralogiștii sunt oameni de știință care studiază mineralele. Unul dintre lucrurile pe care mineralogiștii trebuie să le facă este să identifice și să clasifice mineralele. În timp ce un mineralogist ar putea folosi un microscop de mare putere pentru a identifica unele minerale, cele mai multe sunt recognoscibile cu ajutorul proprietăților fizice.

Consultați mineralul din figura 1. Care este culoarea mineralului? Care este forma sa? Cristalele individuale sunt strălucitoare sau mate? Există linii (striații) care traversează mineralele?

Culoare, striații și strălucire

Diamantele sunt pietre prețioase populare deoarece modul în care reflectă lumina le face foarte strălucitoare. Turcoazul este apreciat pentru culoarea sa izbitoare albastru-verzuie. Observați că se folosesc termeni specifici pentru a descrie aspectul mineralelor.

Culoarea

Culoarea este adesea utilă, dar nu trebuie să se bazeze pe ea. Minerale diferite pot avea aceeași culoare. Aurul adevărat, așa cum se vede în figura 2, are o culoare foarte asemănătoare cu cea a piritei din figura 1.

În plus, Unele minerale vin în multe culori diferite. Cuarțul, de exemplu, poate fi limpede, alb, gri, maro, galben, roz, roșu sau portocaliu. Deci, culoarea poate ajuta, dar nu vă bazați pe culoare ca proprietate determinantă. Figura 3 prezintă o mostră de cuarț care este incolor și un alt cuarț care este violet. O cantitate infimă de fier face ca cuarțul să fie violet. Multe minerale sunt colorate de impurități chimice.

Lustru

Lustru descrie reflexia luminii de pe suprafața unui mineral. Mineralogiștii au termeni speciali pentru a descrie strălucirea. Un mod simplu de a clasifica strălucirea se bazează pe faptul că mineralul este metalic sau nemetalic. Mineralele care sunt opace și strălucitoare, cum ar fi pirita, au un luciu metalic. Mineralele precum cuarțul au un luciu nemetalic.

Luciu este modul în care suprafața unui mineral reflectă lumina. Nu este același lucru cu culoarea, deci este crucial să se facă distincția între luciu și culoare. De exemplu, un mineral descris ca fiind „galben strălucitor” este descris în termeni de luciu („strălucitor”) și culoare („galben”), care sunt două proprietăți fizice diferite. Printre denumirile standard pentru luciu se numără: metalic, sticlos, perlat, mătăsos, unsuros și mat. Este adesea util să se determine mai întâi dacă un mineral are un luciu metalic. Un luciu metalic înseamnă că strălucește ca un metal lustruit. De exemplu, piesele lustruite și curățate de crom, oțel, titan, cupru și alamă prezintă un luciu metalic, la fel ca multe alte minerale. Dintre luciu nemetalic, cel sticlos este cel mai comun și înseamnă că suprafața mineralului reflectă lumina ca sticla. Strălucirea perlată este importantă în identificarea feldspaților, care sunt cel mai comun tip de mineral. Strălucirea perlată se referă la o iridescență subtilă sau la un joc de culori în lumina reflectată, în același mod în care perlele reflectă lumina. Mătăsos înseamnă că reflectă lumina cu o strălucire ca de mătase. Strălucirea grasă are un aspect similar cu strălucirea grăsimii de șuncă solidificate. Mineralele cu strălucire mată reflectă foarte puțină lumină. Identificarea strălucirii necesită un pic de practică. Nu uitați să faceți distincția între luciu și culoare.

Diferitele tipuri de luciu nemetalic sunt descrise în tabelul 1.

Tabelul 1. Șase tipuri de luciu nemetalic.
Lustru	Aparență
Adamantină	Sticlă
Earthy	Dull, asemănător cu argila
Pearly	Pearl-like
Resinous	Ca rășinile, cum ar fi seva de copac
Silky	Apare moale, cu fibre lungi
Vitreous	Glassy

Puteți să potriviți mineralele din figura 4 cu strălucirea corectă din tabelul 1?

Streak

Strălucirea este culoarea pulberii unui mineral. Dungă este o proprietate mai fiabilă decât culoarea deoarece dunga nu variază. Mineralele care au aceeași culoare pot avea o dungă de culoare diferită. Multe minerale, cum ar fi cuarțul din figura 3, nu au striație.

Pentru a verifica striația, răzuiți mineralul pe o placă de porțelan neetanșată (figura 5). Pirita galben-aurie are o dungă negricioasă, un alt indicator că pirita nu este aur, care are o dungă galben-aurie.

Gravitația specifică

Densitatea descrie câtă materie se află într-o anumită cantitate de spațiu: densitate = masă/volum.

Masa este o măsură a cantității de materie dintr-un obiect. Cantitatea de spațiu pe care o ocupă un obiect este descrisă de volumul său. Densitatea unui obiect depinde de masa sa și de volumul său. De exemplu, apa dintr-un pahar de băut are aceeași densitate ca și apa din același volum al unei piscine.

Greutatea specifică a unei substanțe compară densitatea sa cu cea a apei. Substanțele care sunt mai dense au o greutate specifică mai mare.

Duritatea

Duritatea este puterea cu care un mineral rezistă la răzuirea sau perforarea suprafeței sale. În lucrul cu eșantioane manuale, fără instrumente specializate, duritatea mineralelor este specificată de scara de duritate Mohs. Scara de duritate Mohs se bazează pe 10 minerale de referință, de la talc, cel mai moale (duritate Mohs de 1), la diamant, cel mai dur (duritate Mohs de 10). Este o scală relativă, sau neliniară. O duritate de 2,5 înseamnă pur și simplu că mineralul este mai dur decât gipsul (duritate Mohs de 2) și mai moale decât calcita (duritate Mohs de 3). Pentru a compara duritatea a două minerale, vedeți care mineral zgârie suprafața celuilalt.

.

Tabelul 2. Scara de duritate Mohs
Duritate	Index Minerale	Obiecte comune
1	talc
2	gypsum	2.Unghie de 5 degete
3	calcit	3.5-cupru pur, nemărginit
4	fluorit
5	feldspat	5 până la 5.5-oțel inoxidabil
		5,5 până la 6-glass
6	apatită	6 până la 6.5-limă de oțel dur
7	cuarț
8	8	topaz
9	corundum
10	diamant

Cu o scală Mohs, oricine poate testa duritatea unui mineral necunoscut. Imaginați-vă că aveți un mineral necunoscut. Aflați că acesta poate zgâria fluoritul sau chiar feldspatul, dar apatita îl zgârie. Știți atunci că duritatea mineralului este între 5 și 6. Rețineți că nici un alt mineral nu poate zgâria diamantul.

Cleavare și fractură

Ruperea unui mineral îi rupe legăturile chimice. Deoarece unele legături sunt mai slabe decât alte legături, este probabil ca fiecare tip de mineral să se rupă acolo unde legăturile dintre atomi sunt mai slabe. Din acest motiv, mineralele se sparg în moduri caracteristice.

Cleavarea

Cleavarea este tendința unui mineral de a se rupe de-a lungul anumitor planuri pentru a face suprafețe netede. Halitul se rupe între straturile de sodiu și clor pentru a forma cuburi cu suprafețe netede (figura 6).

Un mineral care se rupe în mod natural în suprafețe perfect plane prezintă clivaj. Nu toate mineralele au clivaj. Un clivaj reprezintă o direcție de slăbiciune în rețeaua cristalină. Suprafețele de clivaj pot fi distinse prin modul în care reflectă lumina în mod constant, ca și cum ar fi lustruite, netede și uniforme. Proprietățile de clivaj ale unui mineral sunt descrise în funcție de numărul de clivaje și, în cazul în care există mai multe clivaje, de unghiurile dintre clivaje. Numărul de clivaje reprezintă numărul sau direcțiile în care mineralul se clivează. Un mineral poate prezenta 100 de suprafețe de clivaj paralele între ele. Acestea reprezintă un singur clivaj, deoarece toate suprafețele sunt orientate în aceeași direcție. Numărul posibil de clivaje pe care le poate avea un mineral este 1,2,3,4 sau 6. Dacă sunt prezente mai mult de 1 clivaj și nu se dispune de un dispozitiv de măsurare a unghiurilor, se precizează pur și simplu dacă clivajele se intersectează la 90° sau nu la 90°.

Pentru a vedea clivajul mineralului, țineți mineralul sub o lumină puternică și mișcați-l, mai mișcați-l puțin, pentru a vedea cum diferitele fețe reflectă lumina. O direcție de clivaj va apărea ca o strălucire netedă, strălucitoare și uniformă a luminii reflectate de un set de suprafețe paralele de pe mineral.

Mica are clivaj într-o singură direcție și formează foițe (figura 7).

Mineralele se pot cliva în poligoane. Fluoritul formează octaedre (figura 8).

Un motiv pentru care pietrele prețioase sunt frumoase este acela că planurile de clivaj dau o formă atractivă de cristal cu fețe netede.

Fractura

Fractura este o ruptură într-un mineral care nu este de-a lungul unui plan de clivaj. Fractura nu este întotdeauna aceeași în același mineral, deoarece fractura nu este determinată de structura mineralului.

Mineralele pot avea fracturi caracteristice (figura 9). Metalele se fracturează de obicei în muchii zimțate. Dacă un mineral se sparge ca lemnul, acesta poate fi fibros. Unele minerale, cum ar fi cuarțul, formează suprafețe netede și curbate atunci când se fracturează.

Toate mineralele au fracturi. Fractura este ruperea, care se produce în direcții care nu sunt direcții de clivaj. Unele minerale, cum ar fi cuarțul, nu au niciun fel de clivaj. Atunci când un mineral fără clivaj este spart de un ciocan, acesta se fracturează în toate direcțiile. Se spune că cuarțul prezintă o fractură concoidală. Fractura concoidală este modul în care o bucată groasă de sticlă se sparge cu creste concentrice și curbe pe suprafețele sparte. Cu toate acestea, unele cristale de cuarț au atât de multe defecte încât, în loc să prezinte o fractură concoidală, prezintă pur și simplu o fractură neregulată. Fractura neregulată este un termen standard pentru fracturile care nu prezintă niciuna dintre calitățile celorlalte tipuri de fracturi. În introducere în geologie, principalele tipuri de fractură care trebuie reținute sunt cele neregulate, pe care le prezintă majoritatea mineralelor, și cele concoidale, întâlnite la cuarț.

Forma cristalului

Toate mineralele sunt cristaline, dar numai unele au posibilitatea de a prezenta formele cristalelor lor, formele lor cristaline. Multe minerale dintr-un laborator introductiv de geologie nu prezintă forma lor cristalină. Dacă un mineral are spațiu în timp ce crește, acesta poate forma cristale naturale, cu o formă de cristal care reflectă geometria rețelei cristaline interne a mineralului. Forma unui cristal urmează simetria rețelei sale cristaline. Cuarțul, de exemplu, formează cristale cu șase fețe, arătând simetria hexagonală a rețelei sale cristaline. Există doi factori de complicare care trebuie reținuți aici: (1) mineralele nu formează întotdeauna cristale frumoase atunci când cresc și (2) o față de cristal este diferită de o suprafață de clivaj. O față cristalină se formează în timpul creșterii mineralului. O suprafață de clivaj se formează atunci când mineralul este spart.

Alte caracteristici de identificare

Există unele proprietăți care ajută la distingerea doar a unui număr mic de minerale, sau chiar a unui singur mineral. Un exemplu al unei astfel de proprietăți speciale este reacția efervescentă a calcitului la o soluție slabă de acid clorhidric (5% HCl). Calcita efervescentă sau efervescentă pe măsură ce soluția de HCl o dizolvă și creează gaz CO2. Calcita este ușor de identificat chiar și fără a testa reacția la HCl, prin duritatea, luciul și clivajul său.

O altă proprietate specială este magnetismul. Acesta poate fi testat văzând dacă un mic magnet reacționează la mineral. Cel mai frecvent mineral puternic magnetic este magnetita. O proprietate specială care apare la unele mostre de feldspat plagioclasic este tendința de a prezenta striații pe suprafețele de clivaj. Striurile sunt linii paralele, fine și perfect drepte. Poate fi necesară mărirea pentru a vedea striațiile de pe suprafețele de clivaj ale plagioclasatului. Alte proprietăți speciale pot fi întâlnite de la un mineral la altul.

Câteva minerale au alte proprietăți unice, dintre care unele sunt enumerate în tabelul 3. Puteți numi o proprietate unică care v-ar permite să identificați instantaneu un mineral care a fost descris destul de mult în acest capitol? (Sugestie: cel mai probabil se găsește pe masa dumneavoastră.)

.

.

Tabelul 3. Unele minerale au proprietăți neobișnuite care pot fi folosite pentru identificare.
Proprietate	Descriere	Exemplu de mineral
Fluorescență	Mineralul strălucește la lumina ultravioletă	Fluorit
Magnetism	Mineralul este atras de un magnet	Magnetită
Radioactivitate	Mineralul emite radiații care pot fi măsurate cu un contor Geiger	Uraninit
Reactivitate	Se formează bule când mineralul este expus la un acid slab	Calcit
Miros	Câteva minerale au un miros distinctiv	Sulfură (miroase a ouă stricate)
Gust	Câteva minerale au un gust sărat	Halit

Clasificarea mineralelor

Mineralele sunt clasificate în funcție de proprietățile lor chimice. Cu excepția clasei elementelor native, baza chimică pentru clasificarea mineralelor este anionul, ionul cu sarcină negativă care apare de obicei la sfârșitul formulei chimice a mineralului. De exemplu, sulfurile se bazează pe ionul sufur, S2-. Pirita, de exemplu, FeS2, este un mineral de sulfură. În unele cazuri, anionul dintr-o clasă de minerale este poliatomic, cum ar fi (CO3)2-, ionul carbonat. Clasele majore de minerale sunt:

silicați

sulfuri

carbonate

oxizi

haluri

sulfate

fosfați

elemente native

Silicați

În funcție de anionul poliatomic, (SiO4)4-, care are o formă tetraedrică. Majoritatea mineralelor din scoarța și mantaua terestră sunt silicați. Toate mineralele silicatice sunt construite din tetraedre de siliciu-oxigen (SiO4)4- în diferite aranjamente de legătură care creează diferite rețele cristaline. Puteți înțelege proprietățile unui mineral de silicat, cum ar fi forma cristalină și clivajul, știind ce tip de rețea cristalină are.

• În nesilicatele, numite și silicați insulari, tetraedrele de silicat sunt separate unele de altele și sunt legate complet de atomii nesilicați. Olivina este un silicat insular.
• În sorosilicați sau silicați perechi, cum ar fi epidotul, tetraedrele de silicat sunt legate în perechi.
• În ciclosilicați, numiți și silicați inelari, tetraedrele de silicat sunt unite în inele. Berilul sau smaraldul este un silicat inelar.
• În filosilicați sau silicați în foițe, tetraedrele sunt legate la trei colțuri pentru a forma foițe plane. Biotita este un silicat în foiță.
• În inosilicații cu un singur lanț, tetraedrii de silicat sunt legați în lanțuri simple. Piroxenii sunt inosilicați cu lanț unic.
• În inosilicații cu lanț dublu, tetraedrele de silicat sunt legate în lanțuri duble. Amfibolii sunt inosilicați cu lanț dublu.
• În tectosilicați, cunoscuți și sub numele de silicați cu structură, toate colțurile tetraedrelor de silicat sunt legate de colțurile altor tetraedre de silicat, formând o structură completă de tetraedre de silicat în toate direcțiile. Feldspatul, cel mai răspândit mineral din scoarța terestră, și cuarțul sunt ambii silicați cu structură.

Sulfuri

Acestea se bazează pe ionul sulfură, S2-. Exemplele includ pirita, FeS2, galena, PbS, și sfaleritul, ZnS în forma sa de zinc pur. Unele sulfuri sunt exploatate ca surse de metale cum ar fi zincul, plumbul, cuprul și staniul.

Carbonați

Acestea se bazează pe ionul carbonat, (CO3)2-. Calcita, CaCO3, și dolomita, CaMg(CO3)2, sunt minerale carbonatice. Mineralele carbonatice tind să se dizolve relativ ușor în apă, în special în apa acidă, iar apa de ploaie naturală este ușor acidă.

Oxizi

Acestea se bazează pe anionul de oxigen, O2-. Printre exemple se numără oxizii de fier, cum ar fi hematita, Fe2O3 și magnetita, Fe3O4, și pirolusita, MgO.

Haluri

Sulfati

Aceștia au ca anion ionul sulfat poliatomic, (SO4)2-. Anhidrita, CaSO4, este un sulfat.

Fosfați

Aceștia au ca anion ionul fosfat poliatomic, (PO4)3-. Fluorapatita, Ca5(PO4)3F, care vă face dinții tari, este un mineral fosfatic.

Elemente native

Celea nu sunt alcătuite decât dintr-un singur element. Aurul (Au), cuprul nativ (Cu), precum și diamantul și grafitul, care sunt făcute din carbon, sunt toate minerale cu elemente native. Reamintim că un mineral este definit ca fiind natural. Prin urmare, elementele purificate și cristalizate în laborator nu se califică drept minerale, cu excepția cazului în care au fost găsite și în natură.

Tabele de clasificare a mineralelor

În tabelele 1-3, duritatea este măsurată pe scara de duritate Mohs. Pe măsură ce citiți tabelele, puteți face clic pe imaginile mineralelor pentru a vedea o versiune mai mare a fotografiei.

.

.

.

.

Tabela 1. Culoare luminoasă a strălucirii nemetalelor
Culoare tipică	Duritate	Cleavă/Fractură	Numele mineralului	Fotografie de mineral
incolor	7	fractură concodială	cuarț
variabilă	7	fractură concodială	calcedonie (chert, etc.)
roșu sau alb	5-6	2 planuri în unghiuri drepte	orotoclaz. (feldspat)
alb	5-6	2 planuri în unghiuri drepte	Na-plagioclase (feldspat)
alb până la gri	5-6	2 planuri în unghiuri drepte	Ca-.plagioclase (feldspat)
variabil	4	4 planuri	fluorit
incolor sau alb	3	3 planuri la unghiuri impare	calcite
roz sau alb	3	3	3 planuri în unghiuri impare	dolomit
incolor sau alb	2.5-3	3 planuri în unghiuri impare	halit
incolor sau alb	2.5	1 plan	muscovit
incolor sau alb	2	2 planuri în unghiuri drepte	gypsum
variabil	1	1 plan	talc
albastru	< 1	neuniform	. (se transformă în pulbere)	kaolinit

.

.

.

Tabelul 2. Lustruirea nemetalică – Culoare închisă
Culoarea tipică	Duritate	Cleavă/Fractura	Numele mineralului	Fotografie de mineral
verde	5-6	irregular	olivină
roșu	5-6	5-6	irregular	garnet
roșu	3-6	irregular	hematită
verde închis	3-6	2 planuri în unghiuri drepte	piroxen
negru	4.5-6	2 planuri în unghiuri impare	hornblenda (amfibol)
negru	2.5	1 plan	biotită
verde	2	1 plan	clorit

.

.

.

Tabelul 3. Strălucire metalică
Culoare tipică	Duritate	Cleavă/Fracturare	Numele mineralului	Fotografie a mineralului
negru sau gri-închis	6	irregular	magnetită
galben-închis	6	6	irregular	pirita
galbenă catifelată	4	irregulară	calcopirita
argint	3	3 planuri în unghiuri drepte	galena

Cum se identifică mineralele

În primul rând, aveți nevoie de o lumină bună și de o lentilă de mână sau o lupă. O lentilă de mână este o lupă mică, cu două lentile, care are o putere de mărire de cel puțin 8× și poate fi achiziționată de la unele librării și magazine de produse naturale.

Mineralele se identifică pe baza proprietăților lor fizice, care au fost descrise în secțiunea anterioară. Pentru a identifica un mineral, îl priviți cu atenție. La prima vedere, calcita și cuarțul arată asemănător. Ambele sunt de obicei incolore, cu un luciu sticlos. Cu toate acestea, celelalte proprietăți ale lor sunt complet diferite. Cuarțul este mult mai dur, suficient de dur pentru a zgâria sticla. Calcitul este moale, și nu va zgâria sticla. Cuarțul nu are clivaj mineral și se rupe în același mod neregulat în care se rupe sticla. Calcitul are trei direcții de clivaj care se întâlnesc în alte unghiuri decât 90°, astfel încât se rupe în bucăți solide cu fețe perfect plane, netede și strălucitoare.

Când identificați un mineral, trebuie:

1. Observați-l îndeaproape pe toate fețele vizibile pentru a vedea cum reflectă lumina
2. Testați-i duritatea
3. Identificați-i clivajul sau fracturarea
4. Numiți-i luciul
5. Evaluați orice alte proprietăți fizice necesare pentru a determina identitatea mineralului

În tabelele de minerale care însoțesc această secțiune, mineralele sunt grupate în funcție de luciul și culoarea lor. Ele sunt, de asemenea, clasificate pe baza durității și a clivajului sau fracturii lor. Dacă puteți identifica mai multe dintre aceste proprietăți fizice, puteți identifica mineralul.

O lecție simplă despre cum să identificați mineralele este văzută în acest videoclip.

Verifică-ți înțelegerea

Răspundeți la întrebarea (întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine ați înțeles subiectele abordate în secțiunea anterioară. Acest test scurt nu contează pentru nota dumneavoastră la curs și îl puteți relua de un număr nelimitat de ori.

Utilizați acest test pentru a vă verifica înțelegerea și pentru a decide dacă (1) să studiați în continuare secțiunea anterioară sau (2) să treceți la secțiunea următoare.

.